KR20120000813A - 광반도체 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광반도체에서 출력되는 광을 중심부 보다 측면에서 광량이 많도록 조절하여 주는 광학장치가 광반도체를 덮도록 하는 구조에 의하여 광반도체 소자의 발광면의 중심 및 둘레에서 발생하는 색편차를 개선한 광반도체 소자에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 실장부; 상기 실장부에 접속된 광반도체; 상기 광반도체를 덮으며 상기 광반도체에서 출력되는 광을 전면보다 측면으로 많도록 조절하는 광학장치; 및 상기 광학장치를 덮는 봉지재를 포함한다.

Description

광반도체 소자{OPTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 광반도체 소자에 관한 것으로, 특히 광반도체에서 출력되는 광을 중심부 보다 측면에서 광량이 많도록 조절하여 주는 광학장치가 광반도체를 덮도록 하는 구조에 의하여 광반도체 소자의 발광면의 중심 및 둘레에서 발생하는 색편차를 개선한 광반도체 소자에 관한 것이다.

통상, 광반도체 소자는 수 와트에서부터 수십 와트의 낮은 소비전력으로 백색, 적색, 청색 등 여러가지 색상의 광출력을 얻을 수 있으므로, 문자나 숫자표시를 식별할 수 있도록 하는 전자광고판을 비롯하여 상품을 진열하는 진열장 등을 조명하는 조명장치에 다양하게 적용되고 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 광반도체 소자(1)는 크게 캐비티(111)를 갖는 실장부(11)와, 캐비티(111) 바닥에 실장된 광반도체(12)를 포함한다. 실장부(11)에는 캐비티에 의해 노출된 제 1 및 제 2 리드프레임(16, 17)을 배치되고, 제 1 및 제 2 리드프레임(16, 17)은 서로 이격되게 배치된다. 여기서는 제 1 리드프레임(16)에 광반도체(12)가 실장되고, 광반도체(12)는 본딩와이어(W)에 의해 제 2 리드프레임(17)과 전기적으로 연결된다. 캐비티(111) 내에서 봉지재(14)가 광반도체(12)를 봉지한다. 이 봉지재(14)에는 색변환을 위한 형광체(15)가 분산되어 있다.

이러한 광반도체 소자(1)는 광반도체(12)의 광과, 분산된 형광체(15)를 결합하여 백색광을 구현할 수 있다. 이는 예컨대 청색을 발광하는 광반도체(12) 상부에 그 광의 일부를 여기원으로서 예컨대 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 부착시켜 광반도체(12)의 청색 발광과 형광체(15)의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 즉, 430 내지 480㎚ 파장을 발광하는 반도체 성분으로 이루어진 청색 광반도체와 청색광을 여기원으로 하여 황색광을 발생시킬 수 있는 형광체의 조합으로 백색광의 구현이 가능하다.

그러나 도 1에 도시된 광반도체 소자(1)에 따르면, 캐비티(111)의 구조적 형상 및 봉지재(14)를 이루는 투광성 수지와 일정 비율로 혼합된 형광체(15)의 분산으로 인해, 광반도체(12)로부터 나온 광이 캐비티(111) 내부에서 이동한 경로가 각기 다르게 되어, 광반도체 소자(1) 외부로 나온 광들 사이에 색편차가 발생한다.

따라서, 균일한 혼색을 위하여 캐비티(111) 저면의 중심 또는 형광체(15)를 함유하는 봉지재(14)의 중심에 광반도체(12)가 위치해야 하며, 더불어 광반도체(12)의 외부 전원 접속을 위한 와이어 본딩 공정이 이루어지므로 형광체(15)를 함유하는 봉지재(14)를 구조적으로 보면 광반도체(12) 전면의 높이보다 측면의 길이가 긴 구조를 가져야만 한다.

한편, 청색 광을 발하는 광반도체와, 황색광을 제공하는 형광체를 채택한 광반도체 소자(1)의 경우, 광반도체(12)에서 나온 광이 광반도체 소자(1)의 중심부에서 블루시(bluish)한 반면, 광반도체 소자(1) 양 끝부분으로 갈수록 옐로우시(yellowish)해진다.

즉, 광반도체(12)의 전면에서는 출력되는 광량이 상대적으로 높을 뿐만 아니라, 광반도체(12)의 전면에 형성된 봉지재(14)의 높이가 상대적으로 짧아 형광체(15)에 입사될 확률이 낮아서 의도한 백색보다 블루시(bluish)한 백색을 발광하고, 광반도체(12)의 측면에서는 출력되는 광량이 상대적으로 낮을 뿐만 아니라, 광반도체(12)의 측면에 형성된 봉지재(14)의 길이가 상대적으로 길어 형광체(15)에 입사될 확률이 높아서 의도한 백색보다 엘로우시(yellowish)한 백색을 발광하기 때문에 광반도체 소자(1)의 발광면의 중심과 그 둘레에 색편차가 발생한다.

본 발명의 목적은, 광반도체에서 출력되는 광을 중심부 보다 측면에서 광량이 많도록 조절하여 주는 광학장치가 광반도체를 덮도록 하는 구조에 의하여 광반도체 소자의 발광면의 중심 및 둘레에서 발생하는 색편차를 개선한 광반도체 소자를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 실장부; 상기 실장부에 접속된 광반도체; 상기 광반도체를 덮으며 상기 광반도체에서 출력되는 광을 전면보다 측면으로 많도록 조절하는 광학장치; 및 상기 광학장치를 덮는 봉지재를 포함하는 광반도체 소자가 제공된다.

상기 광학장치는 중심축선을 중심으로 방사상으로 대칭을 이루되, 상기 중심축선의 외측이 볼록한 곡면으로 되고, 상기 곡면 안쪽이 오목한 형상을 가지는 것이 바람직하다.

상기 광반도체는 상기 중심축선과 일치하거나, 또는 상기 중심축선 주변에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 실장부는 캐비티를 포함하며, 상기 광반도체는 상기 캐비티 내에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 캐비티의 저면에 함몰되어 형성된 함몰부를 포함하고, 상기 광반도체는 상기 함몰부 내에 실장되는 것이 바람직하다.

상기 광학장치는 상기 함몰부를 덮도록 형성된 것이 바람직하다.

상기 봉지재는 적어도 하나의 형광체를 함유한 것이 바람직하다.

상기 광학장치는 상기 광반도체를 봉지하는 것이 바람직하다.

상기 광학장치는 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 실장부에는 상기 광반도체가 복수개 배열되고, 상기 광학장치는 상기 광반도체를 각각 덮도록 복수개 설치된 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면 광반도체에서 출력되는 광을 중심부 보다 측면에서 광량이 많도록 조절하여 주는 광학장치는 광반도체를 덮도록 하는 구조에 의하여 광반도체 소자의 발광면의 중심 및 둘레에서 발생하는 색편차를 개선한 효과가 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 형광체가 발열원인 광 반도체에서 이격되어 위치함에 따라 열에 의한 형광체의 열화 현상을 막을 수 있어 색편차 문제를 줄일 수 있는 효과도 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 광반도체를 덮는 광학장치를 전체적으로 봉지하는 봉지재가 형성됨에 따라 기존에 필요로 했던 방수 코팅을 생략할 수 있는 효과도 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면 복수의 광반도체 및 복수의 광학장치를 전체적으로 덮는 형광체 함유 봉지재를 구성하여 한 어레이(ARRAY) 상에 동일 색좌표를 구현할 수 있음에 따라 색좌표 문제 해결 및 생산성에도 효과도 있다.

도 1은 종래의 광반도체 소자를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광반도체 소자를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 렌즈를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광반도체 소자를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광반도체 소자를 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광반도체 소자(2)는 실장부(21)와, 실장부(21)에 접속된 광반도체(22)와, 광반도체(22)를 덮는 광학장치(23)를 포함한다. 실장부(22)는 상부 중앙에서 광반도체(22)를 노출시키는 캐비티(211)를 포함하며, 광반도체(22)가 캐비티(211) 내에 위치한다.

광학장치(23)는 광반도체(22)에서 출력되는 광을 전면보다 측면으로 많게 조절할 수 있는 형상을 가지며, 광반도체(22)를 전체적으로 덮도록 형성된다. 캐비티(211) 내 바닥에 위치한 광반도체(22)는 광학장치(23)의 중심축선과 일치하게 위치되거나, 또는 중심축선 주변에 위치될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 광반도체(22)는 예를 들면 하나의 리드프레임 상에 실장되고 본딩와이어에 의해 다른 리드프레임에 전기적으로 연결되어, 리드프레임으로부터 전류를 인가받아 발광 동작할 수 있다. 그리고 도면에서는 하나의 광반도체(22)만이 도시되었지만, 복수의 광반도체를 이용하는 것도 본 발명의 범위내에 있다.

캐비티(211) 내에는 광학장치(23)를 외부로부터 보호하도록 투광성 재질(예를 들면, 실리콘 또는 에폭시 재질)의 봉지재(24)가 형성되며, 봉지재(24)는 적어도 하나의 형광체를 함유한다. 나아가, 봉지재(24)에는 형광체와 확산제를 함께 함유할 수 있다.

따라서, 광학장치(23)에 의해 발열광원인 광반도체(22)와 봉지재(24)가 이격되게 위치되어 광반도체(22)에서 발생된 열에 의한 형광체의 열화 현상을 막을 수 있다.

광학장치(23)는 광반도체(22)와 인접하게 형성되되, 중심 부근이 오목하고 그 주변이 볼록한 구면 또는 비구면의 곡면으로 형성된 구조일 수 있다. 이러한 구조를 가진 광학장치(23)로 인해, 기존 돔(dome)형상의 광학장치에 비해 광 분포를 넓게 가지고 갈 수 있어 면광원을 구현할 수 있다. 광학장치(23)는 예를 들면, 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 재질로 형성될 수 있다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이, 광학장치(23)는 입광면과 출광면을 구비한 채, 중심축선(y)에 대해 방사상으로 대칭인 구조로 이루어진다. 이때 입광면은 광반도체(22)로부터 나온 광이 들어오는 면이고, 출광면은 광학장치(23)를 거쳐 봉지재(24)로 나가는 면이다. 출광면은 중심축선(y) 주변이 오목하게 형성되고 그 외측이 볼록한 곡면으로 형성됨으로써 중심축선(y) 부근에서 보다는 외곽, 즉 볼록한 곡면에서 보다 많은 광의 방출이 이루어지도록 해준다. 이는 광학장치(23) 중앙 부근에서의 광량을 줄이고 광학장치(23) 외곽 부근에서의 광량을 늘려서, 봉지재(24)에 함유된 형광체에 의한 백색광 구현에 크게 기여한다.

광반도체(22)의 중심 부근에서는 형광체가 함유된 봉지재(24)의 높이가 낮아 광이 형광체에 입사될 확률이 낮을 뿐만 아니라 광학장치(23)에 의하여 광반도체(22) 중심부에서 출력되는 청색 광량이 줄어 종래 광반도체 소자에서 블루시(bluish)했던 색좌표 분포를 목표한 백색에 가깝게 구현하고, 광반도체(22)의 측면으로는 출력되는 청색 광량이 늘어나 종래 광반도체 소자에서 옐로우시(yellowish)했던 색좌표 분포를 목표한 백색에 가깝도록 구현하여 광반도체 소자(1)의 발광면의 중심과 둘레의 색편차를 줄일 수 있게 된다.

본 실시예에서 광반도체(22)는 캐비티(211)의 바닥에 실장되는 것으로 설명하고 있지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 캐비티(311)의 저면에 함몰되어 형성된 함몰부(313) 내에 실장될 수 있다. 함몰부(313)에 실장된 광반도체(32)를 봉지하도록 광학장치(33)가 형성되며, 나아가 함몰부(313) 내에 광반도체(32)를 덮는 투광성 수지의 1차 봉지재가 형성되고, 그 1차 봉지재 위에 광학장치가 형성되는 것도 고려될 수 있다. 이때 1차 봉지재의 상면은 캐비티의 바닥면과 동일선상에 있을 수 있다.

광학장치(33)는 앞선 실시예와 같이 중심축선상을 중심으로 방사상으로 대칭을 이루되, 중심축선의 외측이 볼록한 곡면을 가지도록 한다. 이러한 광학장치(33)는 함몰부(313)를 채우면서 그 상면의 형상이 중심 부근이 오목하고 중심축선의 외측이 볼록한 형상을 가짐에 따라 광반도체(32)에서 발생된 광 중 광반도체 소자(1)의 중심부근의 광량을 줄이고 측면으로의 광량을 늘릴 수 있다.

이와 같은 광학장치(33)의 형상이 광반도체(32)를 전체적으로 덮는 구조에 의해, 광반도체(22) 중심부에서 출력되는 청색 광량이 줄어 종래 광반도체 소자에서 블루시(bluish)했던 색좌표 분포를 목표한 백색에 가깝게 구현하고, 광반도체(22)의 측면으로는 출력되는 청색 광량이 늘어나 종래 광반도체 소자에서 옐로우시(yellowish)했던 색좌표 분포를 목표한 백색에 가깝도록 구현하여 광반도체 소자(1)의 발광면의 중심과 둘레의 색편차를 줄일 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광반도체 소자를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광반도체 소자(4)는 앞선 실시예와 달리, 실장부(41)에 복수의 광반도체(42a, 42b, 42c)가 배열되고, 복수의 광반도체(42a, 42b, 42c)를 각각 덮도록 앞선 실시예의 광학장치가 복수개 설치된다.

복수의 광학장치(43a, 43b, 43c)는 실장부(411)에 마련된 캐비티(411)의 저면에서 서로 이격되게 실장된 복수의 광반도체(42a, 42b, 43c)을 각각 덮는다.

복수의 광학장치(43a, 43b, 43c)를 전체적으로 봉지하도록 캐비티(411) 내에 봉지재(44)를 채운다. 봉지재(44)내에 1종 이상의 형광체가 포함될 수 있다.

따라서, 복수의 광반도체(42a, 42b, 42c)를 각각 덮는 복수의 광학장치(43a, 43b, 43c)를 형광체 함유 봉지재(44)가 전체적으로 봉지하는 구조에 의해, 종래 단품의 광반도체 소자에 배치된 각각의 광반도체를 봉지하는 각각의 형광체 함유 봉지재의 형광체 농도에 따른 색좌표 차이를 막을 수 있을 뿐만 아니라, 생산수율도 향상시킬 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

2 : 광반도체 소자 21 : 실장부
211 : 캐비티 22 : 광반도체
23 : 광학장치 24 : 봉지재

Claims (10)

1. 실장부;
   상기 실장부에 접속된 광반도체;
   상기 광반도체를 덮으며 상기 광반도체에서 출력되는 광을 전면보다 측면으로 많도록 조절하는 광학장치; 및
   상기 광학장치를 덮는 봉지재를 포함하는 광반도체 소자.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광학장치는 중심축선을 중심으로 방사상으로 대칭을 이루되, 상기 중심축선의 외측이 볼록한 곡면으로 되고, 상기 곡면 안쪽이 오목한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 광반도체는 상기 중심축선과 일치하거나, 또는 상기 중심축선 주변에 위치하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 실장부는 캐비티를 포함하며,
   상기 광반도체는 상기 캐비티 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 캐비티의 저면에 함몰되어 형성된 함몰부를 포함하고,
   상기 광반도체는 상기 함몰부 내에 실장되는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 광학장치는 상기 함몰부를 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 봉지재는 적어도 하나의 형광체를 함유한 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 광학장치는 상기 광반도체를 봉지하는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 광학장치는 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 실장부에는 상기 광반도체가 복수개 배열되고,
    상기 광학장치는 상기 광반도체를 각각 덮도록 복수개 설치된 것을 특징으로 하는 광반도체 소자.

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